T91 蛇形管彎制及熱處理工藝研究

南虎生

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司，山西 太原 030008）

引言

SA-213T91 鋼是一種改進(jìn)型的9Cr1Mo 馬氏體鋼，是由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和美國燃燒公司聯(lián)合研究開發(fā)的。它是在9CrMo 鋼的基礎(chǔ)上加入了V、Nb、Ti、Al 等合金元素并嚴(yán)格控制N 含量的改進(jìn)型新鋼種。由于該鋼種具有良好的熱強(qiáng)性抗高溫氧化和抗蠕變性能，并且能有效地減輕鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的自重。因而，從20 世紀(jì)90 年代中期引進(jìn)該鋼種，越來越廣泛地應(yīng)用在大型電站鍋爐的高溫過熱器及再熱器蛇形管中。

太原鍋爐集團(tuán)有限公司設(shè)計的中石油130 t/h超高壓鍋爐中，高溫過熱器蛇形管高溫段圖紙中有SA-213T91 鋼的管子，規(guī)格為Φ42×6，管子彎曲半徑R65/R135，最小R/D=1.55。

調(diào)研同行業(yè)數(shù)家鍋爐廠，該材質(zhì)彎管的制造工藝大體上為兩種，一種為單獨(dú)制作彎頭，該彎頭須經(jīng)冷彎—熱擠壓—熱矯正—正火—回火工序后，再對接裝焊，進(jìn)行整體退火處理。另一種為直接上線冷彎，裝焊后整體退火。太原鍋爐集團(tuán)有限公司尚無小R 擠壓機(jī)，無法實(shí)現(xiàn)熱擠壓—熱矯正，也無正火爐，無法實(shí)現(xiàn)正火—回火熱處理工序。

為了利用現(xiàn)有的SXDW-76 數(shù)控小R 頂鐓雙向雙R 彎管機(jī)，進(jìn)行冷彎、裝焊、整體退火工藝，完成T91 彎管制造，進(jìn)行了系列彎管試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，確定上述參數(shù)的蛇形管上線冷彎生產(chǎn)的可能性，并驗(yàn)證所給熱處理參數(shù)的合理性。

1 試驗(yàn)材料和方法

對材質(zhì)為T91 產(chǎn)品中所用的兩個批號的Φ42×6 管子，分別按不同的彎曲半徑冷彎180°彎頭數(shù)件，并對其中部分彎頭按給定的熱處理曲線分別進(jìn)行退火處理或正火—回火—退火處理。試驗(yàn)材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1 所示。

表1 SA-213 T91 鋼化學(xué)成分和力學(xué)性能

按GB/T16507.5 附錄A 管子彎管工藝試驗(yàn)的要求，采用SXDW-76 數(shù)控小R 頂鐓雙向雙R 彎管機(jī)彎制R65、R80 和R100 三種參數(shù)的180°彎頭，共A、B 兩批號，其中每個批號彎頭數(shù)量如表2 所示。

表2 彎頭試樣及數(shù)量

在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分別對每個彎頭進(jìn)行了金相實(shí)驗(yàn)分析和力學(xué)性能試驗(yàn)。

2 彎頭及熱處理試驗(yàn)結(jié)果

2.1 彎頭橢圓度及減薄量

對蛇形管彎頭進(jìn)行質(zhì)量檢測，完全符合GB/T16507《水管鍋爐》的要求，檢測結(jié)果如表3 所示。

表3 蛇形管彎頭質(zhì)量檢測表

2.2 熱處理工藝及結(jié)果

分別對每批號每彎曲半徑彎頭各1 件進(jìn)行退火處理，各1 件進(jìn)行正火—回火—退火處理，熱處理工藝如表4 所示。

表4 彎頭熱處理工藝

結(jié)果表明，熱處理曲線完全符合工藝。

2.3 金相分析檢驗(yàn)

分別對每個彎頭纖維量拉伸最大處截面的45°、90°和135°位置取金相試樣各三個（如圖1 所示），進(jìn)行晶粒度分析（如圖2 所示）。晶粒度大于8 級，無疏松裂紋、過燒組織、淬硬性馬氏體，金相組織符合《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB/T13298《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》和GB/T6394《金屬平均晶粒度測定方法》標(biāo)準(zhǔn)，如表5 所示。

圖1 金相取樣位置

圖2 金相照片

表5 金相分析結(jié)果

2.4 力學(xué)性能、壓扁試驗(yàn)結(jié)果

分別從以上彎頭的直段部分取樣做拉伸及壓扁試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。

表6 力學(xué)性能、壓扁試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)檢驗(yàn)，原態(tài)、退火和正火—回火—退火處理的試樣均符合ASTM A213、SAME SA213《鍋爐、過熱器和換熱器用無縫鐵素體和奧氏體合金鋼管》的要求。

3 結(jié)論

經(jīng)過上述彎曲半徑冷彎的彎頭纖維量拉伸最大處的金相組織、晶粒度均未受損，符合要求，可以實(shí)現(xiàn)上線冷彎。

經(jīng)過熱處理后管子，其機(jī)械性能、壓扁試樣及金相完全符合要求。因此，所給定的熱處理參數(shù)可以滿足要求。

因此，對于R/D≥1.55 的T91 蛇形管，只需在直管對接（直管對接線）、彎制（SXDW-76 數(shù)控小R 頂鐓雙向雙R 彎管機(jī)）后進(jìn)行750℃±10 ℃整體退火熱處理可滿足要求。